JP2003500758A - 布から構成された検出装置 - Google Patents

布から構成された検出装置

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デイビッド リー サンドバッチ，
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Abstract

(57)【要約】 位置センサー（１０１）が、手で圧力を付与するといったような機械的相互作用の位置を検出するように構成されている。第１の織布層（２０１）は、そこに導電性繊維が機械加工されて、第１の導電性外側層を設け、導電性外側層に沿ったあらゆる方向への導電を可能にしている。第２の織布層（２０２）は、そこに導電性繊維が機械加工されて、第２の導電性外側層を設け、導電性外側層に沿ったあらゆる方向への導電を可能にしている。中央層（２０３）が第１の外側層（２０１）と第２の外側層（２０２）との間に配置される。中央層（２０３）は導電性素子を有している。第１の絶縁分離素子（２０４）が第１の導電性外側層と導電素子との間に配置されている。第２の絶縁分離素子（２０５）が第２の導電性外側層と導電素子との間に配置されている。導電素子は、機械的相互作用の位置で、第１の導電性外側層と第２の導電性外側層との間に導電性経路を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （関連出願への参照） 本発明は、英国の住人であるデイヴィッド・リー・サンドバック氏（Ｄａｖｉ
ｄ Ｌｅｅ Ｓａｎｄｂａｃｈ）により創作された。特許条例１９７７のセクシ
ョン２３（１）に基づく、英国国外における最初の出願を正式に提出する許可は
、１９９９年５月１９日に得られた。本願は、米国特許出願番号０９／３１５，
１３９号に基づく優先権を主張している。米国の指定については、本願は一部継
続として出願されている。
【０００２】 （発明の分野） 本発明は、機械的相互作用の位置を検出する位置センサーに関するものである
。
【０００３】 （発明の背景） 機械的相互作用の位置を検出する位置センサーが欧州特許公開番号 ０ ９８
９ ５０９ に開示されており、これは、米国特許出願０９／２９８，１７２号
、韓国特許出願番号９９‐４０３６３、日本特許出願番号 １１−２７２，５１
３、および、オーストラリア特許出願第 ４８７７０／９９ 号に均等であり、
これらは全て、本件譲受人に譲渡されている。位置検出装置は機械的相互作用の
位置を判定するように構成されている。これに加えて、検出装置は機械的相互作
用の程度を測定するようにも構成されており、同装置では、機械的相互作用の程
度の表示は、機械的相互作用の力と、機械的相互作用が実効される面積とを表す
構成要素から構築されているのが普通である。
【０００４】 前述の特許出願に開示されている公知の位置センサーに関する問題点は、検出
装置が或る配向で折り重ねられた場合に、不正確な測定値が得られる可能性があ
る点である。従って、公知の検出装置については、検出装置が机やテーブルのよ
うな平坦な表面の上に設置されれば、満足の行く結果が得られる。しかしながら
、検出装置が曲線状の表面上に折り重ねられた場合は、検出装置が折り重ねられ
ている位置で誤った結果が得られることもあり得る。
【０００５】 公知の検出装置は、非導電層を間に挟んだ２つの導電繊維層から作成されてい
る。折り重なりのせいである誤った結果の発生を低減するためには、中間の非導
電層を強化し、厚みを増すことが周知である。しかし、中間層がこの方法で強化
された時には、機械的相互作用に対する感度が低くなるという点で、検出装置の
反応が変化する。従って、後で作用を続けて行う起点となる位置を判定するため
といったような目的で、指を検出装置の上に置くという手による動作の形態を機
械的相互作用が採る場合は、検出装置を手で押圧することは困難となる。同様に
、機械的相互作用の達成をより容易にするように、中間層が修正された場合には
、誤った接触を引き起こし得る可能性が大きくなる。
【０００６】 （発明の簡単な要旨） 本発明の局面によれば、機械的相互作用の位置を検出するための位置センサー
が提供され、この位置センサーは、導電性繊維が機械加工されて、第１の導電性
外側層を設け、該第１の導電性外側層に沿ったあらゆる方向への導電を可能にす
る第１の織布層と、導電性繊維が機械加工されて、第２の導電性外側層を設け、
該第１の導電性外側層に沿ったあらゆる方向への導電を可能にする第２の織布層
と、上記第１の外側層と上記第２の層との間に配置された中央層であって、該中
央層が導電手段を有している、そのような中央層と、第１の導電性外側層と導電
手段との間に配置された第１の絶縁分離手段と、第２の導電性外側層と導電手段
との間に配置された第２の絶縁分離手段とを有し、導電手段が、第１の導電性外
側層と第２の導電性外側層との間で機械的相互作用の位置に導電性経路を設けて
いる。
【０００７】 （発明を実施するためのベストモード） 先行技術により説明されている種類の位置センサーが、図Ａに示された断面図
に例示されている。このセンサーは、絶縁層Ａ０３により分離された、導電性外
側繊維層Ａ０１およびＡ０２０を有している。絶縁層の目的は、機械的相互作用
の各位置を例外として、外側層Ａ０１と外側層Ａ０２の間の電気接触を防止する
ことである。例えば、位置Ａ０４では、矢印Ａ０５により示される力がセンサー
を中実表面Ａ０６に向けて押圧する。従って、各層は深い接触状態まで押圧され
、絶縁層Ａ０３の目の粗い構造のせいで、外側層が互いに接触状態となる。
【０００８】 外側層Ａ０１にかかる電位勾配を印加するとともに、外側層Ａ０２の電位を測
定することにより、機械的相互作用の位置が判定され得る。これに加えて、外側
層Ａ０２に向けて流れる電流を測定することにより、力Ａ０５の大きさの表示、
または、その代替物として、力が圧力をセンサーに付与する面積の表示が判定さ
れ得る。
【０００９】 センサーにおける折り目Ａ０７は、この種類のセンサーに関する問題点を具現
化している。折り目の内側の外側層Ａ０１は圧縮状態になって、絶縁層Ａ０３を
外方向に押圧する。更に、絶縁層の目の粗い構造のせいで、層Ａ０１が外側層Ａ
０２を外方向に押圧し、それにより、導電層の間に電気接触Ａ０８を生じる。電
気接触Ａ０８が電位差の測定値や電流測定値に影響を及ぼし、それにより、位置
Ａ０４における機械的相互作用の位置や面積／力の不正確な解釈をもたらす結果
となる。
【００１０】 本発明を具体化する位置センサー１０１が図１に示されており、材料の繊維層
から作成されるとともに、平坦な表面と曲線状の表面との上に載置されるように
構成されている。センサーは機械的相互作用に応答し、図１に示された特定の応
用例では、これらの機械的相互作用は、選択を行うために、ユーザにより付与さ
れている手の圧力の形態を採る。
【００１１】 図１に示された具体例では、センサー１０１は、テレビ、ビデオレコーダ、ま
たは、衛星テレビの遠隔制御の代用を提供している。一連のボタンを提供してい
る中実の物体というよりはむしろ、検出装置は実質的には繊維であり、柔軟な家
具により規定される形状を採用し得る。図示の具体例では、検出器１０１は別個
の品目として例示されているが、代替の構成では、検出装置は、ソファー１０２
のような柔軟な家具の一部として含まれていてもよい。
【００１２】 センサー１０１はインターフェイス回路１０３を有しており、この回路は、機
械的相互作用に応答するように、また、座標データおよび圧力データをインター
フェイスライン１０４を経由して処理装置１０５に供与するように構成されてい
る。ユーザにより実施される機械的相互作用に応答して、位置データが処理回路
１０５に搬送され、今度はこの処理回路が赤外線データを赤外線送信機１０６を
経由して、テレビ１０７のような視聴覚器具に送信する。
【００１３】 図１に示された種類のセンサーの一具体例が、図２の分解図に例示されている
。センサーは、中央層２０３により分離された２つの織布式外側繊維層２０１お
よび２０２から構成されている。中央層２０３は、導電性繊維のみから作られ得
る編物繊維の層である。かかる繊維は、例えば、カーボン被覆したナイロン繊維
であり得る。しかし、絶縁繊維と導電性繊維の混合物である織り糸がこの編物で
使用されるのが好ましく、かかる中央層は、図９に関して後述される。
【００１４】 第１の絶縁メッシュ層２０４が上織布層２０１と中央層２０３との間に配置さ
れ、第２の絶縁メッシュ層２０５が下織布層２０２と中央層２０３との間に配置
されている。絶縁メッシュ層２０４および２０５は縦編み構造のポリエステル繊
維から作られている。この種類の繊維は容易に入手可能であり、蚊帳のような応
用例で使用され得る。
【００１５】 織布層２０１および２０２が、従って、層２０１および層２０２が２つの導電
性層を規定する場合には、導電性繊維が使用される。代替案として、層２０１お
よび層２０２は、不織布（フェルト状）繊維または編物繊維、あるいは、これら
の複合構造から構成され得る。しかし、いずれの代替の事例にせよ、導電性繊維
が繊維製品に含まれており、従って、導電層を提供する。
【００１６】 ２つの電気コネクタ２０６および２０７が矩形絶縁ストライプ２０８上に配置
されており、このストライプは繊維層２０１の一端縁に沿って位置決めされてい
る。この絶縁ストライプは、繊維に絶縁インクを印刷することにより製造される
が、この代替物として、絶縁接着テープであり得る。コネクタ２０６および２０
７は、インターフェイス回路２０３から低抵抗素子２０９および２１０それぞれ
への接続手段を提供している。低抵抗素子２０９および２１０は、ニッケルまた
はシルバーのような金属で被覆された繊維から製作されている。この種類の材料
は容易に入手可能であり、電磁干渉から機器を遮蔽するために使用される。低抵
抗素子は、金属化粒子を含有する感圧性アクリル接着剤のような導電性接着剤に
より、導電性繊維層２０１および絶縁ストライプ２０８に付着されている。それ
ゆえ、低抵抗素子２０９および２１０の部分２１６および２１７が、導電繊維の
層２０１と、その互いに対向する端縁のうち２辺に沿って電気接触する。導電性
接着剤は、低抵抗素子２０９および２１０と導電性繊維との間に結合が形成され
るのを確実にする。この結合のせいで、導電性繊維と接触部分２１６および２１
７との間の抵抗は、層２０１を折りたたむ、または、同層を折り曲げることによ
る影響が無いままである。このことは重要であるが、というのも、もしそうでな
ければ、「乾式接合」が存在して接触部２１６および２１７を層２０１に接続し
、センサーの作動時には、接続部の変化する抵抗が信頼性を欠く、恐らくは不安
定な測定をもたらす結果となる。
【００１７】 代替例として、低抵抗繊維を層２０１に付着させることにより、例えば、縫合
により、続いて、導電性接着剤または導電性化合物を低抵抗繊維と層２０１との
上に印刷することにより、低抵抗素子２０９および２１０が、形成される。代替
例として、低抵抗素子は、導電性粒子を含有するエラストマー系材料を層２０１
の上に印刷することにより、製造され得る。代替例として説明された方法の全て
が、好適な接着剤を提供すると同時に、信頼できる電気接続部または「湿式接合
部」を形成する。
【００１８】 下繊維層２０２は、コネクタ２１１および２１２が絶縁ストライプ２１３上に
配置されて、上繊維層２０１に類似する構造を有している。コネクタ２１１およ
び２１２は、インターフェイス回路１０３を低抵抗素子２１４および２１５にそ
れぞれに接続する手段を提供している。２つの層２０１および２０２は矩形であ
り、層２０２の構造は層２０１の構造から９０度回転されている。従って、接触
部２１６および接触部２１７は２つの互いに対向する端縁に沿って層２０１の導
電性繊維に接触し、低抵抗素子２１４および２１５は、層２０２の導電性繊維と
互い違いの互いに対向する端縁に沿って接触する接触部２１８および接触部２１
９を有している。
【００１９】 上繊維層２０１および下繊維層２０２が図３に別々に例示されている。繊維層
２０１および２０２は、縦糸方向と横糸方向の両方向の導電性繊維を有している
平坦な織布であり、そのため、それぞれの層に沿ってあらゆる方向に導電性があ
る。図３では、層２０１の縦糸繊維３０１が略水平に示されており、２つの接触
部２１６および２１７の間で延びていると同時に、横糸繊維３０２が接触部２１
６および２１７と平行になるとともに、略垂直に示されている。層２０２では、
縦糸繊維３０１は略垂直に示されているとともに、接触部２１８および２１９の
間に延びているが、横糸繊維３０２は接触部２１８および２１９と平行であると
ともに、略水平に示されている。
【００２０】 このことは、層２０１および層２０２が異方性導電性を有しているのであれば
、電流測定が行われた時に、センサーの動作に対して有利である。特に、このこ
とは、層２０１および層２０２がそれぞれの接触部に平行な方向によりいっそう
導電的である場合には、有利である。従って、センサーが作動して、電圧勾配が
１対の接触部間に印加されると、それぞれの層は、電圧勾配に直交する方向に最
も導電的であり、電圧勾配と平行な方向には導電的でなくなる。所望の異方性導
電性を達成するために、縦糸繊維は横糸繊維よりも高い抵抗を有するように選択
されている。このため、縦糸繊維３０１は、ＢＡＳＦから販売されており、Ｆ９
０１の名称で識別される、２４デシテクスのカーボン被覆したナイロン６繊維で
あり、かかるカーボン被覆した繊維は広く利用可能であるとともに、静電散逸応
用例で使用される。横糸繊維は、合衆国ペンシルベニア州のＳａｕｑｕｏｉｔ
Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ， Ｉｎｃ．により商標Ｘｓｔａｔｉｃとして販売されて
いる、ニッケルおよび／またはシルバーで電気化学的手法で被覆された、１６デ
シテクスのモノフィラメント繊維である。類似の金属化繊維が広く利用可能であ
るとともに、通常は電磁干渉遮蔽で使用されている。従って、横糸繊維の典型的
な抵抗率は単位センチメートルあたり５００オームであり、それに対して縦糸繊
維の抵抗率が単位センチメートルあたり約２００キロオームである。層２０１お
よび層２０２では、繊維は横糸と縦糸の両方について、単位ミリメートルあたり
７．３繊維の同一平均間隔で織り加工されている。それゆえ、異なる抵抗率の縦
糸繊維と横糸繊維のせいで、各接触部に平行な方向の各層のシート抵抗率は、直
交方向のシート抵抗率よりも約４００倍は小さい。
【００２１】 代替の実施態様では、外側繊維層２０１および２０２は、図４に示されるよう
に、外側繊維層４０１および４０２と、それぞれに、置換されている。横糸と縦
糸で使用される繊維の種類を例外として、層４０１および層４０２の構造は層２
０１および層２０２の構造と類似している。従って、接触部４０３および接触部
４０４は層４０１の互いに対向する端縁と層４０１内部の接触導電性繊維とに沿
って配置されているが、接触部４０５および接触部４０６は、層４０２の代替の
互いに対向する端縁に沿って配置されているとともに、層４０２内部の導電性繊
維との電気接触部を設けている。
【００２２】 外側層４０１は、接触部４０３から接触部４０４へと流れる電流の方向へ導電
する導電性繊維４０７を有している。交差糸４０８はこの方向に直交する方向に
導電し、横方向繊維４０７間の接触部４０３および接触部４０４との接続部の抵
抗が可変である時でさえ、製造過程で予測されるとおりにシートにかかる線形電
圧勾配を保証する効果を有している。絶縁繊維４０９は、互いに隣接する平行な
導電繊維４０７の間では縦糸方向に、また、互いに隣接する平行な導電繊維４０
８の間では横糸方向に使用されている。この実施態様では、縦糸方向と横糸方向
の各々の方向について、導電性繊維４０７と４０８との非導電性繊維４０９に対
する異なる比率を選択することにより、異方性導電性が達成されている。従って
、図４に示された層４０１の図では水平である、接触部４０３および接触部４０
４に直交する方向に、絶縁繊維が導電繊維４０２と交互に設置されている。等し
い量の絶縁繊維と導電繊維とが存在する。しかし、直交方向では、平行な絶縁繊
維４０９の各々について、２つの導電繊維４０８が存在している。従って、セン
サーの作動時には、付与された電流の流れに直交する方向か、または、電圧勾配
に直交する方向に、導電性が増大する。
【００２３】 外側繊維層４０２が層４０１と類似する構造を有しているが、９０度回転され
ている。それゆえ、織布が、接触部４０５および接触部４０６に実質的に平行な
横糸繊維と、接触部４０５および接触部４０６とに直交する縦糸繊維とを有して
いる。層４０２は、その織布が横糸中の全ての絶縁繊維４０９について２つの導
電性繊維４０８を包含しているが、縦糸中の絶縁繊維４０９に等しい数の導電性
繊維４０７を包含しているので、層４０１に類似する態様で異方性である。
【００２４】 本実施態様では、各層の異方性導電性が導電性繊維の絶縁繊維に対する比率を
選択することにより達成されるので、横糸方向と縦糸方向の両方向の導電性繊維
４０７および４０８が等しい抵抗率を有し得る。それゆえ、類似のカーボン被覆
されたナイロン繊維が、織布の横糸方向と縦糸方向の両方向に使用され得る。
【００２５】 図２に示されたセンサーの一部が図５の断面図に示されている。各層の間の間
隔は、明瞭にするために、図５とその後の各図で誇張して示されている。矢印５
０１により示された力が位置５０２でセンサーを押して、中実の表面５０３を押
圧する。位置５０２では、外側繊維層２０１および２０２が押されて、それぞれ
のメッシュ層２０４および２０５を押圧する。また、メッシュの目の粗い構造の
せいで、外側繊維層はメッシュの開口を通して中央層２０３と接触することが可
能であり、更に、外側繊維層の導電性繊維が中央層に含まれる導電性繊維と電気
接触する。従って、中央層の導電性繊維が導電手段を提供するが、この手段は、
外側導電性繊維層２０１と２０２との間で機械的相互作用の位置に導電性経路を
設ける。
【００２６】 電流の測定精度が重要ではない代替の実施態様では、外側層で使用されている
導電性繊維の絶縁繊維に対する割合を低減することにより、特に、接触部と平行
な方向の導電性繊維の含有量を低減することにより、経費節約が行われる。
【００２７】 編み加工された中央層２０３は圧縮可能な構造を有しており、これは、圧縮さ
れると、より一層導電性が強くなる（抵抗率が小さくなる）。これは、導電性繊
維中のループが、他の同様のループと一緒に押圧されると、かかるループと増加
的に接触状態になるせいである。この結果、外側層の間の位置５０２の抵抗は、
矢印５０１により示される力が増大するにつれて、減少する。更に、位置５０２
でセンサーに付与された圧力は一定に維持されるが、力が付与される面積が増大
した場合には、中央層中のより増大する数の導電性繊維が外側層と接触状態にな
ってゆくせいで、外側層の間の抵抗が減少する。
【００２８】 図５に示されたセンサーが位置５０４で折り重ねられた結果、中央層と接触状
態にされるべき導電層のうちの１つに或る傾向が生じる。多くの繊維の特性は、
張力に応じて繊維が伸張し得るが、圧縮力に応じて繊維はそれ程容易には圧縮さ
れ得なくなるということである。結果的に、そのように圧縮されるよりはむしろ
、織布は、圧縮力が付与されている各位置で折り重ねられ、襞（ｂｕｎｃｈｉｎ
ｇ）になる傾向がある。
【００２９】 繊維の或る構造は反対の方法の振る舞いをし、伸張状態になるよりはむしろ容
易に圧縮状態になり、この事例では、位置５０５における電気接触が中央層２０
３と外側層２０１との間に作られる。実際には、このような圧縮力や伸長力のせ
いである接触が折り目の位置で中央層の両側に同時に発生することは極めて稀で
ある。
【００３０】 図５に示された情況では、折り目は位置５０４で作られている。この折り目に
応じて、繊維アセンブリの外周に張力が加わりがちとなり、それゆえ、繊維アセ
ンブリの内周が圧縮状態になった状態で外周は伸張し、襞を作る結果となる。こ
のように襞になることが、今度は、外向きに半径方向の力を生じ、それにより、
その外方向周辺部が相接する各層の内周と接触状態になるのを引き起こす傾向を
示す。それ故に、圧縮力が付与されて、このため、折り目の内側に向けて襞を作
ることが起こる。
【００３１】 図５に示されるように、導電層２０２は、絶縁層２０５を通して中央層２０３
と位置５０５で接触状態にされている。この折重ねの結果として、これら２つの
層が接触状態にされた位置で、電気接触が発生する。しかしながら、これと同様
の接触は、中央層２０３と導電性層２０１との間では発生しない。結果的に、導
電層２０２と中央層２０３との間に導電が発生するが、中央層２０３と導電層２
０１との間に類似の導電は存在せず、その結果、折り目の存在がスプリアスな出
力信号を生じることは無い。
【００３２】 従って、矢印５０１により示される力の付与により、全ての導電層が接触状態
にされて、電圧が印加されている層の間に電流が流れるような結果を生むことは
無い。しかし、５０４で例示されるように、角張った折り目が検出装置に伝わっ
た場合、２つの層の間で導電が発生することが在り得るにすぎない。その結果、
中央層と他の外側層との間には依然として絶縁状態が存在し、これは、対象の力
の付与、または、対象の同様の機械的相互作用として解釈されることは無い。
【００３３】 理論的には、折り目により、電流が中央層２０３に沿って機械的相互作用の実
際の点まで伝達される結果を生じることはあり得ない。このため、中央層２０３
が、その厚みを横断する導電率と比較して、該層に沿って比較的低い導電率を有
していることが好ましい。これは、材料が圧力下に置かれた時に、中央層２０３
の導電率が相当に増大するような特性を中央層２０３が有している場合には、更
に改善される。従って、機械的相互作用の位置における圧縮部は、比較的低い抵
抗を有している傾向にある。これは、遥かにより高い抵抗を有する傾向にある非
圧縮状態の中央層と同じ水準と思われる。これは、折り目の位置と機械的相互作
用の位置との間の中央層の相対的な長さと組み合わさって、この方法で伝達され
る電流の度合いが、現実の機械的相互作用に際して伝達される電流の度合いと比
較して、比較的小さくなることを保証する。
【００３４】 好ましい実施態様の位置センサーの一部が図６の断面図に示されている。外側
繊維導電層２０１および２０２と中央層２０３とは、図２および図３を参照しな
がら説明したものと同一種類に属している。しかし、この実施態様では、絶縁接
着点６０１の配列が外側層２０１と中央層２０３との間に絶縁分離手段を設けて
おり、同様の接着点配列が外側層２０２と中央層２０３の間に絶縁分離手段を設
けている。絶縁接着剤は英国ノッティンガムのペニーラ（Ｐｅｎｎ Ｎｙｌａ）
から入手できるポリウレタン接着剤であるが、異なる品質の類似材料が多様な製
造業者から広く入手できる。かかる接着剤は、耐水性繊維用の、連続した層の積
層物として広く使用されている。この接着剤は、溶剤と混合し、その液体溶液を
印刷することにより、適用される。次いで、この接着剤は、多数層が組み立てら
れた後で、熱硬化処理される。
【００３５】 接着点の配列は先に説明されたメッシュ層と同じ絶縁機能を提供するが、各層
をそれぞれに隣接する層（一層または複数層）に付着させる働きもする。従って
、それ以外に積層処理工程は必要としない。
【００３６】 代替例として、接着点は接着剤のストライプと置換でき、或いは、接着剤の線
の網目と置換することができる。
【００３７】 本発明を具体化する代替の位置センサー７０１の一部が、図７の断面図に示さ
れている。このセンサーは、図２を参照しながら先に説明された種類の中央層２
０３により分離された２つの外側層７０２および７０３を有している。外側層７
０２および７０３は、縦糸と横糸の両方で絶縁織り糸７０４および導電性繊維７
０５の交互のストランドを用いて織り加工される。非導電織り糸７０４は導電性
繊維７０５の直径よりも大きい直径を有しているため、導電性繊維は層７０２お
よび層７０３の概略表面よりも低い位置に後退している。導電性繊維７０５の後
退は、カーボン被覆されたナイロン６の単一フィラメント繊維を利用することに
より更に増加されるが、絶縁織り糸はポリエステルの細い絶縁繊維の束を一緒に
撚ることにより作られて、その各々は、導電性繊維よりも小さい直径を備えてい
る。それゆえ、導電性繊維は、絶縁織り糸より圧縮性と柔軟性がかなり劣り、そ
のため、織布中の絶縁織り糸よりも真っ直ぐなままである傾向を有する。
【００３８】 このようにして、層７０２の縦糸と横糸の中の導電性繊維７０５は、層７０２
に沿ったあらゆる方向への導電を可能にする導電層を形成している。このように
形成された導電層は、絶縁織り糸７０４により中央層中の導電性繊維から後退し
ている。導電層は、圧力の付与時に、層の表面で露出状態となる。それゆえ、絶
縁織り糸が、層７０２内の導電層と中央層における導電性繊維との間に絶縁分離
手段を設けている。同様に、層７０３内の導電性繊維７０５も導電層を形成して
、その導電層に沿ったあらゆる方向への導電を可能にしており、絶縁織り糸７０
４がこの導電層と中央層内の導電性繊維との間に絶縁分離手段を設けている。
【００３９】 付与された外部力の圧力下では、外側層の導電性繊維が中央層の導電性繊維と
接触状態にされ、そのため、中央層内の導電性繊維が２つの外側導電層の間に導
電性経路を設けている。しかし、折り目のような他の位置では、絶縁織り糸が図
５のメッシュ層の機能を果たし、導電性経路が形成されるのを阻止している。
【００４０】 代替の実施態様では、絶縁織り糸が、導電繊維７０５の直径よりも大きい直径
の単一フィラメント絶縁繊維と置換され得る。導電繊維は、ここでは、そのより
小さい直径のせいで、層７０２と層７０３の内部で後退している。
【００４１】 更なる代替の位置センサー８０１の一部が図８Ａの断面図に示されている。セ
ンサ８０１は図２および図３を参照しながら説明された種類に属する外側導電性
繊維層２０１および２０２を有している。しかし、導電繊維が主として絶縁織り
糸から構成された繊維により包囲された導電性孤立区域（ｉｓｌａｎｄｓ）８０
３に集中するように配置されたパターンを用いて、複数フィラメント絶縁織り糸
と別個の導電性繊維とを用いたパターンに従って編み加工された中央層８０２に
より、外側層が分離されている。それゆえ、各導電性孤立区域は、極めて高抵抗
の繊維部８０４により包囲されている。センサーの動作は、繊維８０４が完全に
非導電性である場合に、最適化される。しかしながら、導電性繊維を切断するこ
と無く、導電性繊維の連続した長さが編み製造工程で利用され得るようにするた
めに、連続した導電性繊維により各孤立区域が２つの隣接する孤立区域と接続さ
れている。例えば、孤立区域８０３は、導電性繊維８０７および８０８の各部分
により、それぞれに、孤立区域８０５および８０６に接続されている。編み加工
された繊維は、８０７のような連続した繊維の接続部が非導電性繊維の内部で後
退しているように構成されている。
【００４２】 編み加工された中央層８０２も、導電性孤立区域が高抵抗繊維部８０４の一般
表面より低い位置に後退しているように構成されている。例えば、導電性孤立区
域８０６の導電性繊維が、周囲の高抵抗繊維部８０４概略上表面８１０より低い
位置にある上表面８０９を規定している。導電性繊維の後退は、編み加工工程の
間に、より大きな張力をそこに付与することにより、達成される。
【００４３】 中央層８０２の上表面の図が図８Ｂに示されている。図示のように、８０３、
８０５、および、８０６のような導電性孤立区域の各々は、実質的に非導電性の
繊維８０４により包囲されている。従って、中央層８０２の導電率は中央層に沿
ったあらゆる方向で最小限に抑えられている。
【００４４】 動作については、センサー８０１が前述の態様と類似する態様で作動する。外
部から付与された力の位置で、導電性外側層２０１および２０２が押圧されて、
多数の導電性孤立区域における導電性繊維と電気接触状態になる。それゆえ、中
央層における導電性繊維が、外側導電層間で機械的相互作用の位置に導電性経路
を設ける。
【００４５】 繊維中の折り目のような他の位置では、高抵抗繊維部８０４内の絶縁織り糸が
、特定位置で中央層の導電性繊維、両方の外側層が同時に接触状態になるのを阻
止している。従って、中央層内の絶縁織り糸が、外側導電層の各々と中央層内の
導電手段との間に配置された絶縁分離手段を設けている。このことは、層に沿っ
た導電率よりも、それ自体の厚みを横断する導電率のほうがかなり高い繊維を形
成しており、従って、近くの位置における折重なりに起因する中央層と一方の外
側層との間の接触により引き起こされる、機械的相互作用に由来する位置データ
とのいかなる干渉も更に低減する。
【００４６】 更なる代替の位置センサー９０１の一部が図９Ａの断面図に示されている。セ
ンサー９０１は、編み加工が施された繊維中央層９０２により分離された、図２
および図３を参照しながら説明された種類に属する外側導電層２０１および２０
２から構成されている。中央層９０２は、導電性繊維と複数の絶縁繊維とを一緒
に撚ることにより構成される織り糸を利用して編まれている。この繊維は、織り
糸の表面の概略プロファイルより下方の位置に導電性繊維が後退するように選択
されている。
【００４７】 中央層９０２を製造するために使用されている混合繊維織り糸９０３の一部が
図９Ｂに示されている。織り糸９０３は、単一フィラメントカーボン被覆された
ナイロン繊維９０５と共に、１束のモノフィラメントポリエステル繊維９０４を
一緒に撚ることにより、従来型の器具で製造される。織り糸９０３の製造期間中
は、導電性繊維９０５は絶縁繊維９０４よりも強い張力下で撚られ、その結果、
導電性繊維は絶縁繊維の一般プロファイルより下方の位置に後退する。個々の絶
縁繊維よりもわずかに大きい直径の、よって、硬度がより高い導電性繊維を選択
することが、後退工程を更に助長する。
【００４８】 それゆえ、織り糸９０３を使用して中央層９０２を製造することにより、圧力
が付与される位置を例外として、絶縁繊維９０４は導電性繊維９０５が導電性外
側層２０１および２０２と接触状態になるのを防止する。更に、中央層９０２の
構造内の絶縁繊維９０４の各部分は、導電性繊維を互いに離して保持する傾向に
ある。しかし、外部からの力がセンサーに付与されると、中央層は付与された力
の位置で圧縮状態となり、導電性繊維の各部分は互いに一層接触状態となる。そ
の結果、外側層の間の中間層を介した抵抗は、付与された力が増大するにつれて
、減少する。
【００４９】 図９Ｂの織り糸の代替例の構成を有している混合繊維織り糸９０６の一部が、
図９Ｃに示されている。織り糸９０６は、１束の細い撓み性のある絶縁繊維９０
７を単一の撓み性のより劣る導電性繊維９０８と共に撚り合わせることにより、
従来型の器具で製造される。この例では、織り糸９０６が、１０本の１６デシテ
クスのモノフィラメントポリエステル繊維９０７と、１本の２４デシテクスのモ
ノフィラメントのカーボン被覆されたナイロン６繊維とを有している。導電性繊
維９０８の比較的大きな直径のせいで、よって、同繊維の相対的な剛性のせいで
、絶縁繊維が導電性繊維の周囲に巻きついた状態となる。導電性繊維は、このよ
うに、織り糸の表面の概略プロファイルよりも低い位置で後退している。
【００５０】 更なる代替の位置センサー１００１の一部が、図１０の断面図に示されている
。中央層１００２が外側層２０１および２０２を互いに分離しているが、これら
外側層は図２および図３に関連付けて記載された種類に属している。中央層は、
導電性繊維と絶縁繊維の混合物を備えるフェルト状（不織布）繊維である。導電
性繊維は中央層の厚さよりも短くなるように製造され、それゆえ、導電性繊維が
中央層を完全に貫いて延びることは無い。更に、導電性繊維の非導電性繊維に対
する比率は、中央層が圧縮されていない時には、中央層の厚みを貫く導電性経路
が存在しないような、或いは、中央層に沿った導電性経路が存在しないような程
度である。それゆえ、外部からの力がセンサーに付与されておらず、かつ、中央
層が圧縮されていない位置では、中央層の幾らかの導電性繊維が外側層と接触状
態になり得るが、導電性経路は外側層間に存在しない。
【００５１】 位置１００３では、矢印１００４により示された外部から付与された力により
センサーが圧縮される。この力は３層を緊密な接触状態にし、中央層の導電性繊
維が外側導電層と電気接触を設ける。更に、中央層内の導電性繊維が他のかかる
繊維と接触状態になり、したがって、導電性経路が２つの外側層間で中央層を通
して形成される。更に、この力が増大するにつれて、層が更に圧縮され、導電性
繊維がそれら以外の同様の繊維と更に接続し合って、外側層間の抵抗が減少する
。
【００５２】 位置１００５では、センサーが折り重なって、中央層の内部でその内側表面１
００６に近接して、導電性を備えた局所化領域を生じる。しかし、導電性を備え
た領域は層１００２を通っては延びず、そのため、導電性経路が形成されない。
【００５３】 この構成は、機械的相互作用が面積と力を含む場合の、付与された機械的相互
作用の位置を検出する位置センサーを提供している。この構成は第１の繊維層２
０１を有しているが、この層は、層内に導電性繊維が機械加工されて第１の導電
性外側層を設けている。更に、第２の繊維層２０２も設けられているが、この層
は、層内に導電性繊維が機械加工されて、第２の導電性外側層を設けている。単
一の内側層１００２が第１の繊維層と第２の繊維層との間に配置された状態に設
けられている。内側層は複数の導電性繊維または導電性粒子を含んでおり、その
結果、絶縁材料が圧縮状態で設置された時に、導電性経路が繊維または粒子によ
り設けられる。
【００５４】 更なる代替の位置センサー１１０１の一部が、図１１の断面図に示されている
。中央層１１０２が外側層２０１および外側層２０２を互いから分離しており、
これら外側層は図２および図３に関連付けて説明された種類に属している。中央
層１１０２は圧縮可能なエラストマー系化合物内に散在する導電性フィラメント
から構成されている。この実施態様では、エラストマー系化合物はシリコーンラ
バー化合物である。導電性フィラメントは、それらが層の厚みを横断して延在し
得ないように十分に短く、シリコーン化合物内のフィラメントの密度は、それら
が概ね互いに接続し合わないような程度にしてある。しかしながら、層が圧縮さ
れた場合は、中央層の内部の繊維がこれ以外の同様の繊維と一層接触状態になり
、局所化した導電性領域を形成する。それゆえに、位置１１０３では、矢印１１
０４と示された付与された力が層２０１および層２０２を圧縮し、中央層１１０
２内の導電性繊維が外側導電層間に導電性経路を設けている。
【００５５】 センサー１１０１のようなセンサーの感度は、シリコーン化合物内の繊維の密
度と、シリコーン化合物の圧縮率とによって決定される。
【００５６】 代替の実施態様では、中央層１１０２内部の短いフィラメントが、ニッケル粉
のような導電性粒子と置換される。
【００５７】 更なる代替の位置センサー１２０１の一部が図１２の断面図に示されている。
中央層１２０２が外側層２０１および外側層２０２を互いに分離させるが、これ
らの層は図２および図３に関連付けて記載された種類に属している。中央層１２
０２は繊維から構成され（しかし、代替例として、同層は別な変形可能な材料で
あり得る）、層１２０２の厚みを貫いて連続する後退状態の導電性素子１２０３
を、隆起状態の非導電性素子１２０４と一緒に有している。それゆえ、外部から
の力が付与されていない位置では、隆起状態の非導電性素子１２０４が外側層の
各々と導電性素子１２０３との間に絶縁分離手段を設けている。導電性素子１２
０３が非導電性素子１２０４により互いから電気的に絶縁状態にあり、従って、
層１２０２はいずれの方向であれ、同層に沿って導電性を有していない。非導電
性素子１２０４は導電性素子１２０３に対応する開放空間を有している繊維から
形成されるが、エラストマー系導電性ポリマーのような印刷加工された導電性材
料が導電性素子１２０３を形成している。導電性材料は、この事例では、相対的
には圧縮性が無いように選択されており、それゆえ、変化する適用された圧力下
で、比較的安定した抵抗率を有している。
【００５８】 位置１２０５では、矢印１２０６と示された外部から付与された力によりセン
サーが圧縮される。多数の導電性素子が両方の外側層と接触状態にされ、そのた
め、外側層間に導電性経路を設けている。付与された力の増大は、導電性素子の
圧縮不能な性質のために、２つの外側層間の抵抗の比較的小さな変動のみを生じ
る。しかし、力が作用する面積が増大するにつれて、外側層間に導電性経路を設
ける導電性素子の数も増加する。それゆえ、外側層間の抵抗は、機械的相互作用
の面積が増大するにつれて減少するが、力の変動によっては、比較的影響を受け
ない。
【００５９】 本発明の更なる代替の実施態様が図１３の断面図に示されている。センサー１
３０１は図２および図３を参照しながら説明された種類に属し、中央繊維層１３
０２により互いから分離された外側層２０１および外側層２０２を有している。
導電性外側層２０１および２０２は、非導電性接着点６０１および６０２の配列
により、中央層１３０２に付着されている。接着点６０１および６０２は、図６
を参照しながら先に説明された種類に属している。中央層は、目の粗い（ｏｐｅ
ｎ）織布構造を有している絶縁繊維１３０３に導電性インクなどの導電性印刷可
能材料を印刷して、接着点の配列を生成することにより、製造される。（代替例
として、編物加工を施された繊維、または、不織布繊維が目の粗い構造の織布の
代用として使用され得る。）インクが繊維１３０３の厚みを通って浸透し、繊維
層１３０２の厚みを貫く導電性経路を設けた導電性孤立区域１３０４の配列を生
じる。接着点６０１および６０２のパターンならびに間隔は、導電性孤立区域１
３０４のパターンおよび間隔とは異なっているように選択され、そのため、モア
レ効果干渉および同期性重畳に関する潜在的問題が回避される。典型例として、
絶縁接着点６０１および６０２は互いから３ミリメートルの間隔を設けてあるが
、導電性孤立区域は互いから１．３ミリメートルの間隔を設けている。
【００６０】 それゆえ、前述のセンサーと同様に、センサー１３０１は、外側導電層間で折
り目に導電性経路を生じること無く、センサーを折り重ねられると同時に、好適
に小さい外部からの付与力が外側層を中央層と接触状態にすることができ、その
時には、２つの外側層の間に導電性経路を設けている構造を有している。
【００６１】 力と面積を別個に検出するセンサー１４０１が図１４に例示されている。セン
サー１４０１は複数層構造を有している。実際に、２個のセンサーが組み合せら
れる。第１のセンサーは、図１２に示された構成を有しており、実質的に圧縮不
能な素子１２０３を使用し、第２のセンサーは、図１１に示された高度に圧縮可
能な中央層を利用する。従って層１４０２および層１４０６は繊維層２０１に従
って構成され、層１４０４は繊維層２０２に従って構成され、層１４０３は層１
２０２に類似しており、層１４０５は層１１０２に類似している。圧力がセンサ
ーに付与されると、下方外側平面１４０２が第１の内側層１４０３と物理的接触
を成す。第１の内側層１４０３は層１４０４と物理的接触を成す。実質的に圧縮
可能な層１４０５が次の層を形成し、外側層１４０６がこの構造の最終段階を形
成している。部分的に導電性の層１４０３および層１４０５との機械的相互作用
の効果を検出するために、電気信号が層１４０２、層１４０４、および、層１４
０６に付与され得る。層１４０２、層１４０４、および、層１４０６は層２０１
および層２０２に類似する構造を備えており、これらは、層１４０６上の接触部
が層１４０２の接触部と平行になり、層１４０４の接触部とは直交するように配
向されている。この構造を使用して、２つの検出装置の特性が組み合わされる。
層１４０２、層１４０３、および、層１４０４に関する第１組の測定値から、付
与された圧力の面積が判定され得る。層１４０４、層１４０５、および、層１４
０６に関する第２組の測定値は、力と面積の積に関連する値を決定する。（２つ
の組の測定値は、前述の検出装置について作成されたものと類似しており、後述
される。）次いで、第１の読み取り値で第２の読み取り値を除算することにより
、付与された力が判定され得る。力および面積に関連する読み取り値は、それに
より、個別的に得られ、従って、面積で力を面積で除算した圧力についての算出
は、図１５Ａから図１５Ｄと図１６から図２０に関して後述するように得られた
ｘ座標およびｙ座標と一緒にされ得る。
【００６２】 上述の各種の位置センサーに付与された力の位置と、その力の第２の特性とを
測定する処置手順が図１５Ａ、図１５Ｂ、図１５Ｃ、および、図１５Ｄに例示さ
れている。層２０１および層２０２と同一種類の外側導電層が、電位差計１５０
１および１５０２により概略的に表現され、外側層間の付与された力の位置にお
ける導電性経路の抵抗が可変抵抗器１５０３により表現されている。
【００６３】 第１の測定が図１５Ａに示されている。５ボルトがコネクタ２１１に印加され
ているが、コネクタ２１２は切断状態のままである。コネクタ２０７が既知の値
の抵抗器１５０４を介して接地に接続されている。従って、電流がコネクタ２１
１から、電位差計１５０２の第１部分１５０５により示された層２０２の第１部
分を通り、抵抗Ｒｖを有している可変抵抗器１５０３により示された導電性経路
を通り、電位差計１５０１の第１部分１５０６により示された層２０１の第１部
分を通り、更に、公知の抵抗器１５０４を通って流れる。コネクタ２０７で発現
した電圧Ｖ1が測定され、これが抵抗器１５０４にかかる電圧降下に等しいので
、Ｖ1はコネクタ２１１から流れる電流に直接比例する。
【００６４】 第２の測定が図１５Ｂに示されている。５ボルトがコネクタ２０６に印加され
るが、コネクタ２０７は切断状態にある。コネクタ２１２は既知の抵抗の抵抗器
１５０７を介して接地に接続されている。抵抗器１５０７にかかって降下した電
圧Ｖ2が測定される。電圧Ｖ2は、電位差計１５０１の第２部分１５０８により示
された層２０１の第２部分を通り、抵抗Ｒｖを有している可変抵抗器１５０３に
より示された導電性経路を通り、電位差計１５０２の第２の部分１５０９により
示された層２０２の第２の部分を通り、更に、抵抗器１５０７を通って流れる電
流に直接比例する。
【００６５】 電位差計１５０１の第１部分１５０６および第２部分１５０８の抵抗の和は、
これら抵抗が急速に連続して発生するので、層２０１上のコネクタ２０６とコネ
クタ２０７の間の抵抗に概ね等しく、それゆえに、測定期間中は実質的に一定で
ある。同様に、電位差計１５０２の第１部分１５０５と第２部分１５０９の抵抗
の和は、層２０２のコネクタ２１１とコネクタ２１２との間の抵抗に概ね等しく
、測定期間中も実質的に一定である。その結果、関係１５１０が外側層の間の導
電性経路の抵抗Ｒｖと測定された電圧Ｖ1および電圧Ｖ2との間に存在し、すなわ
ち、外側層間の抵抗Ｒｖは電圧Ｖ1の逆数と電圧Ｖ2の逆数との和に比例している
。
【００６６】 使用されたセンサーの種類に依存して、抵抗Ｒｖは付与された圧力の面積、ま
たは、関係１５１１により例示されたような面積と力との関数で決まる。従って
、電圧測定値Ｖ1およびＶ2から、力が付与されている面積の表示、または、面積
と付与された力との表示が判定される。
【００６７】 第３の測定が図１５Ｃに示されている。５ボルトがコネクタ２１２に印加され
、コネクタ２１１が接地され、そのため、電位勾配が層２０２を横断して生成さ
れる。電圧測定は、高インピーダンス装置を使用して、コネクタ２０７で行われ
、そのため、付与された力の位置において層２０２に発現している電圧が判定さ
れる。この電圧Ｖ3は、接触部２１８から付与された力の中心までの距離に直接
比例し、そのｘ軸の位置を示している。
【００６８】 第４の測定が図１５Ｄに示されている。５ボルトがコネクタ２０７に印加され
、コネクタ２０６が接地されている。電圧測定は、コネクタ２１２に発現してい
る電圧Ｖ4について行われる。電圧Ｖ4は、接触部２１６から付与された力の中心
までの距離に直接比例し、そのｙ軸の位置を示している。それゆえ、電圧Ｖ3お
よび電圧Ｖ4は、センサー上の、付与された力の２次元位置に関する情報を提供
し、すなわち、電圧Ｖ3および電圧Ｖ4は、印加された力の位置の中心についての
Ｘ値およびＹ値を表わしている。
【００６９】 図１のインターフェイス回路１０３は、図１６の回路図に示されている。この
インターフェイス回路は所要の電圧をコネクタ２０６、２０７、２１１、および
、２１２に供給し、図１５に関連付けて先に詳細説明されたような電圧Ｖ１、Ｖ
２、Ｖ３、および、Ｖ４を測定する。このインターフェイス回路は直列通信出力
端１６０１で出力値を供与し、同出力値は、センサー上の機械的相互作用のＸＹ
（２次元）位置に対応する値と、機械的相互作用の面積で決まる、または、機械
的相互作用の面積および力で、決まるＺ値とを含んでいる。
【００７０】 インターフェイス回路を設計する時に、抵抗器１５０４および抵抗器１５０７
は、層２０１の一方のコネクタから層２０２の別なコネクタまで、測定されたと
おりにセンサーの抵抗に従って選択されるが、典型的な目標圧力はこのセンサー
に付与される。１０キロオームの値が抵抗器１５０４および抵抗器１５０７には
典型的である。
【００７１】 測定工程は、型番ＰＩＣ１６Ｃ７１１の周辺インターフェイスコントローラ（
ＰＩＣ）１６０２で作動するプログラムにより制御される。ピン１、２、１０、
１１、１２、および、１３における所要の出力電圧を供給する能力があるのと同
様に、ＰＩＣ１６０２はアナログからディジタルへの変換機を有しており、同変
換機をＰＩＣは、入力ピン１７および１８で受けたアナログ電圧を処理するため
に使用する。入力ピン１７および１８は、高インピーダンスバッファ１６０３お
よび１６０４からの出力をそれぞれに受ける。バッファ１６０３および１６０４
は型番ＴＬ０６２の単位利得演算増幅装置の半分であり、センサー出力電圧とＰ
ＩＣ１６０２の入力ポートとの間に高インピーダンスバッファを設けている。
【００７２】 ＰＩＣ１６０２は、ピン１５および１６にまたがって接続された４ＭＨｚで差
動する外部水晶発振器（図示せず）を有している。プラス５ボルトがピン１４に
供給され、接地がピン５に接続されている。ピン４（内部リセット入力）が、１
００オームの直列の抵抗器を介して、＋５ボルト保持されている。
【００７３】 図１６の周辺インターフェイス回路内で作動するプログラムが、図１７のフロ
ーチャートに概略説明されている。ステップ１７０１で、ハードウエアが初期化
され、この工程は図１８を参照しながら後で詳述される。ステップ１７０２で、
回路１０３が電圧Ｖ１およびＶ２の値を測定し、相互作用のＺ値を算出する。ス
テップ１７０２の詳細が図１９を参照しながら後述されている。ステップ１７０
３で、Ｚデータが所定の値よりも大きいかどうかについての質問が出される。こ
の質問の答えがＮＯであれば、プログラムはステップ１７０２に戻る。従って、
所定の値よりも大きいＺ値が検出されるまで、回路がＺ値を測定する。ステップ
１７０３の質問の答えがＹＥＳである場合は、回路は電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、お
よび、Ｖ４を測定し、ステップ１０４でＺ値を算出する。ステップ１７０４は図
２０を参照しながらより詳細に後述される。ステップ１７０５で、算出したＺ値
がまだ所定値よりも大きいかどうかについての質問が行われる。答えが肯定であ
れば、ステップ１７０６で、十分なサンプルが得られたかどうかについて更なる
質問が行われる。典型的には、３セットと１０セットの間でサンプルが採択され
、要求される回答時間が短い場合は、より少数セットのサンプルが採択される。
ステップ１７０６における質問の答えがＮＯである場合、プログラムはステップ
１７０４に戻って、別なセットの測定が行われる。ステップ１７０６における質
問への回答がＹＥＳである場合、或いは、ステップ１７０５における質問への回
答がＮＯである場合には、プログラムが電圧Ｖ３およびＶ４のサンプルの平均値
を算出し、更に、既に収集されているＺの値のサンプルの平均値を算出する。従
って、平均値を見つける前に、プログラムは所定数の電圧を測定し、或いは、Ｚ
値が所定値よりも低い値に降下した場合には、直ちに平均値が算出される。多数
のサンプルの平均を利用することにより、商用電源の電磁干渉またはこれ以外の
かかる環境ノイズの影響が、最小限に抑えられ得る。
【００７４】 例えばＸ値のための「平均」値を見つけるための簡単な計算とは、記憶された
値Ｖ３の最大値と最小値の平均を見つけることであり、すなわち、Ｖ３の最大記
憶値をＶ３の最小記憶値に加算して、その結果を２で除算することにより、Ｘに
ついての「平滑化した」値が求められる。
【００７５】 精度を更に向上させるために、それぞれの直前の値と直後の値から大きく異な
っているＸ、Ｙ、および、Ｚの各値は平均の算定から排除される。更に、商用電
源干渉を除去する公知の方法が、センサーから受けた信号に適用され得る。
【００７６】 ステップ１７０８で、ＸＹ位置座標を表すＶ３およびＶ４についての平均値と
、Ｚデータの平均値とがシリアル通信出力１６０１で出力される。次に、プログ
ラムはステップ１７０２に戻り、更なる機械的相互作用の兆候を探す。
【００７７】 図１７のステップ１７０１が図１８に更に詳細に示されている。初期化ステッ
プ１７０１の範囲で、ステップ１８０１では、割込みがクリアされ、続いて、ス
テップ１８０２で、ピン１７および１８がアナログからディジタルへの変換機入
力として設定される。ＰＩＣ１６Ｃ７１１のマイクロポートは、低インピーダン
ス出力として、または、高インピーダンス入力として構成され得る。高インピー
ダンス入力モードにある場合は、ピン１７および１８が内蔵マルチプレクサを介
して、アナログからディジタルへの変換機に、接続されるように、プログラミン
グされ得る。ステップ１８０３では、入力端または出力端として使用されるべき
ポートが、それぞれの初期状態で構成される。ステップ１８０４で、全てのシス
テム変数がクリアされて、全ての割り込みが不能化される。
【００７８】 図１７のステップ１７０２が図１９に更に詳細に示されている。ステップ１７
０２の範囲で、ステップ１９０１で、ピン２および１０に対応するポートが出力
ポートとして再構築され、ステップ１９０２では、ピン２がゼロに設定され、ピ
ン１０がプラス５ボルトに設定される。従って、コネクタ２０７は抵抗器１５０
４を介して接地され、５ボルトがコネクタ２１１に印加される。ステップ１９０
３で、時間遅延（３．５キロオームの外側層抵抗について、１００ミリメートル
ごとに測定するセンサーにおいて２５０マイクロセカンドの遅延が典型的である
）が与えられ、ピン１７における電圧が測定および記憶される前に、電圧が安定
するのを可能にする。従って、コネクタ２０７に存在している電圧Ｖ１が測定さ
れ、記憶される。
【００７９】 ステップ１９０５では、ピン２および１０が高インピーダンス入力として再構
築され、ピン１および１２は低インピーダンス出力として再構築される。ステッ
プ１９０６で、ピン１および１２における電圧がゼロと＋５ボルトのそれぞれに
設定される。従って、コネクタ２１２は抵抗器１５０７を介して接地され、＋５
ボルトがコネクタ２０６に供給される。好適な時間遅延は、ステップ１９０３に
おける時間遅延と均等であるが、ピン１８における電圧が測定される前にステッ
プ１９０７で供与され、ステップ１９０８で記憶される。従って、コネクタ２１
２に存在している電圧が測定され、電圧Ｖ２として記憶される。ステップ１９０
９では、Ｚ値が記憶された電圧Ｖ１およびＶ２から算出され、次に、記憶される
。ステップ１９１０で、ピン１および１２が、それぞれの高インピーダンス入力
の初期状態まで戻って再構築される。
【００８０】 図１７のステップ１７０４が図２０に更に詳細に示されている。ステップ１７
０４の範囲で、ステップ２００１では、Ｚ値がステップ１７０２におけるのと同
一態様で収集される。ステップ２００２では、ピン１および２が高インピーダン
ス入力として再構築され、ピン１０および１１が低インピーダンス出力として再
構築される。ステップ２００３で、ピン１０が０ボルトに設定され、ピン１１が
＋５ボルトに設定される。従って、５ボルトがコネクタ２１２に供給され、コネ
クタ２１１は接地される。続いて、ステップ２００４で遅延が与えられ（１００
ミリメートルごとに測定する装置について１ミリ秒の遅延であるのが典型的であ
る）、ステップ２００５でピン１７の電圧が測定される前に、センサーの電圧が
安定することを可能にする。それゆえ、コネクタ２０７に存在している電圧Ｖ３
が測定され、これは、付与された力のＸ位置の表示を与えている。
【００８１】 次いで、ステップ２００６で、ピン１０および１１が高インピーダンス入力と
して再構築され、ピン１２および１３が低インピーダンス出力として再構築され
る。次に、ステップ２００７で、ピン１２の電圧が０に設定され、ピン１３の電
圧が＋５ボルトに設定される。従って、５ボルトがコネクタ２０７に供給され、
コネクタ２０６が接地される。ステップ２００８で、ピン１８に発現している電
圧がステップ２００９で測定される前に、ステップ２００４における時間遅延と
同様の時間遅延が与えられる。従って、コネクタ２１２に存在している電圧Ｖ４
が測定され、これは、付与されている力のＹ位置の表示を与えている。ピン１２
および１３が、次いで、それぞれの高インピーダンス入力の初期状態まで戻って
再構築される。
【００８２】 それゆえに、図１７から図２０を参照しながら説明された方法により、インタ
ーフェイス回路は、繊維センサーに付与された力の位置の表示を与える電圧測定
Ｖ３およびＶ４を行うことが可能となるとともに、センサーを通過する電流に比
例する電圧Ｖ１およびＶ２を測定し、付与された力の第２の特性についての情報
を提供することが可能となる。この第２の特性は、力が付与されている面積であ
り得るし、或いは、力の大きさと面積の組み合わせでもあり得る。更に、この回
路は電圧Ｖ１およびＶ２を組み合わせて、第２の特性を表すＺ値を判定する。
【００８３】 回路１０３は、付与された力のＸおよびＹの位置と、Ｚ値とを表す出力データ
を供与する。しかし、代替の実施態様では、インターフェイス回路が、測定され
た電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、および、Ｖ４に対応する出力データを提供する。
【図面の簡単な説明】 【図Ａ】
図Ａは、先行技術に記載される公知の位置センサーを例示する図である。
【図１】 図１は、本発明を具体化している位置センサーの図である。
【図２】 図２は、図１に示されたセンサーの詳細図である。
【図３】 図３は、図２に示されたセンサーの上繊維層と下繊維層の図である。
【図４】 図４は、図３に示された実施態様の代替の実施態様の図である。
【図５】 図５は、図２に示されたセンサーの一部の断面図である。
【図６】 図６は、好ましい実施態様の断面図である。
【図７】 図７は、第１の代替の実施態様の断面図である。
【図８】 図８は、第２の代替の実施態様の断面図である。
【図９】 図９は、第３の代替の実施態様の断面図である。
【図１０】 図１０は、第４の代替の実施態様の断面図でる。
【図１１】 図１１は、上記以外の好ましい実施態様の断面図である。
【図１２】 図１２は、上記以外の代替の実施態様の断面図である。
【図１３】 図１３は、更なる代替の実施態様の断面図である。
【図１４】 図１４は、力と面積を別個に検出する検出装置の図である。
【図１５】 図１５Ａ、図１５Ｂ、図１５Ｃ、および、図１５Ｄは、位置センサーに付与さ
れた力の位置を測定する処置手順の図である。
【図１６】 図１６は、図１に識別された種類のインターフェイス回路の図である。
【図１７】 図１７は、図１６に示されたインターフェイス回路により実行されたプログラ
ムの図である。
【図１８】 図１８は、図１７に識別された処置手順の一部の詳細図である。
【図１９】 図１９は、図１７に識別された更なる以外の処置手順の詳細図である。
【図２０】 図２０は、図１７に識別された更なる処置手順の詳細図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ， ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ， ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，Ｋ Ｐ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ， ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，Ｓ Ｇ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (31)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 機械的相互作用の位置を検出するための位置センサーであっ
    て、 第１の導電性外側層を設け、該層に沿ったあらゆる方向への導電を可能にする
    、機械的に加工された導電性繊維を有する第１の織布層と、 第２の導電性外側層を設け、該層に沿ったあらゆる方向への導電を可能にする
    、機械加工された導電性繊維を有する第２の織布層と、 第１の外側層と第２の層との間に配置された中央層であって、該中央層が導電
    手段を有している、中央層と、 該第１の導電性外側層と該導電手段との間に配置された第１の絶縁分離手段と
    、 該第２の導電性外側層と該導電手段との間に配置された第２の絶縁分離手段と
    を有し、 ここで該導電手段が、該第１の導電性外側層と該第２の導電性外側層との間で
    、機械的相互作用の位置に導電性経路を設けている、位置センサー。
  2. 【請求項２】 前記第１の絶縁手段が第１の分離絶縁層を備え、前記第２の
    絶縁手段が第２の分離絶縁層を備える、請求項１に記載の位置センサー。
  3. 【請求項３】 前記第１の絶縁手段が、前記第１の織布層に含まれている絶
    縁繊維を有しており、前記第２の絶縁手段が、前記第２の織布層に含まれている
    絶縁繊維を有している、請求項１に記載の位置センサー。
  4. 【請求項４】 前記絶縁繊維が、前記導電性繊維よりも大きい平均直径の織
    り糸を形成している、請求項３に記載の位置センサー。
  5. 【請求項５】 前記第１の絶縁手段と前記第２の絶縁手段とが、前記中央層
    に含まれている絶縁繊維を有しており、前記導電手段が導電性繊維を備える、請
    求項１に記載の位置センサー。
  6. 【請求項６】 前記絶縁繊維が前記導電手段の前記導電性繊維よりも大きい
    平均直径を有している、請求項５に記載の位置センサー。
  7. 【請求項７】 前記第１の絶縁手段と前記第２の絶縁手段とが、前記中央層
    に含まれている絶縁繊維を有しており、前記導電手段が複数の導電素子を備えて
    いる、請求項１に記載の位置センサー。
  8. 【請求項８】 前記中央層が前記外側織布層とは異なる圧縮率を有している
    、請求項１に記載の位置センサー。
  9. 【請求項９】 前記外側層の導電性が異方性である、請求項１に記載の位置
    センサー。
  10. 【請求項１０】 前記外側織布層が絶縁繊維を有しており、前記異方性導電
    性が導電性繊維の絶縁繊維に対する比率により限定される、請求項９に記載の位
    置センサー。
  11. 【請求項１１】 前記導電性外側層同士の間の電気抵抗が、機械的相互作用
    における位置センサーに付与される圧力を示している、請求項１に記載の位置セ
    ンサー。
  12. 【請求項１２】 前記導電性外側層同士の間の電気抵抗が、機械的相互作用
    の影響を受けている位置センサーの領域の寸法を示している、請求項１に記載の
    位置センサー。
  13. 【請求項１３】 前記位置センサーが、前記第１の導電性外側層と前記第２
    の導電性外側層とにだけ、電気接続を有している、請求項１に記載の位置センサ
    ー。
  14. 【請求項１４】 機械的相互作用の位置を検出する方法であって、 位置センサーが、導電性繊維が機械加工されて、第１の導電性外側層を設けて
    いる第１の織布層を有し、該導電性外側層に沿ったあらゆる方向への導電を可能
    にしており、 第２の織布層が、そこに導電性繊維が機械加工されて、第２の導電性外側層を
    設けている導電性繊維を有し、該導電性外側層に沿ったあらゆる方向への導電を
    可能にしており、 中央層が、該第１の外側層と該第２の外側層との間に配置されるとともに、導
    電手段を有しており 第１の絶縁分離手段が該第１の導電性外側層と第２の導電手段との間に配置さ
    れており、 第２の絶縁分離手段が、該第２の導電性外側層と該導電手段との間に配置され
    ており、 該導電手段が該第１の導電外側層と該第２の導電外側層との間で機械的相互作
    用の位置に導電性経路を設けている、方法。
  15. 【請求項１５】 前記外側層の導電性が異方性である、請求項１４に記載の
    方法。
  16. 【請求項１６】 空隙を間に備えた接着性を有する絶縁領域が、前記アセン
    ブリを一緒に保持するとともに、前記絶縁手段を設けている、請求項１４に記載
    の方法。
  17. 【請求項１７】 前記外側層が、導電性繊維よりも大きい直径を備えた絶縁
    織り糸を有しており、前記絶縁層の機能性が、前記外側導電層の絶縁織り糸によ
    り供与されるようにした、請求項１４に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記中央層の導電性繊維が、実質的により高い抵抗率の領
    域により分離された導電孤立区域へとグループ化されている、請求項１４に記載
    の方法。
  19. 【請求項１９】 絶縁機能性が前記中央層により供与されており、そのため
    に、前記中央層の織り糸が導電性繊維と絶縁繊維とを有しており、該導電性繊維
    が該絶縁繊維のプロファイルよりも下方に後退している、請求項１４に記載の方
    法。
  20. 【請求項２０】 前記絶縁手段が、比較的より大きい直径の導電性繊維の周
    囲に巻きつけられた絶縁繊維を有している前記中央層により設けられ、結果とし
    て生じる織り糸の両末端が絶縁分離手段を提供している、請求項１４に記載の方
    法。
  21. 【請求項２１】 前記絶縁分離手段の機能性が、導電素子と非導電素子の両
    方を有している前記中央層により供与され、その正常な構成では、該導電素子が
    分離されて、前記外側層同士の間の導電が可能ではなくなるようにし、前記外側
    層同士の間の導電は圧縮力を付与した際に可能となる、請求項１４に記載の方法
    。
  22. 【請求項２２】 中央層がエラストマー系材料から構成され、導電性繊維が
    そこに埋設されており、該エラストマー系材料が前記絶縁分離手段の絶縁機能性
    を提供している、請求項１４に記載の方法。
  23. 【請求項２３】 実質的に圧縮不可能な導電性材料が前記中央層の絶縁材料
    同士の間に設置されることにより、相互作用の領域に対して特に高感度の検出器
    を製作している、請求項１４に記載の方法。
  24. 【請求項２４】 中央導電層が実質的に目の粗い織布を有しており、その織
    布の中へ、導電性接着剤または導電性インクが付与される、請求項１４に記載の
    方法。
  25. 【請求項２５】 面積に対して実質的に高感度の検出器が、面積と力とに対
    して実質的に高感度の検出器の側に設置され、導電層が該２つの検出装置の間に
    共有層を設けている、請求項１４に記載の方法。
  26. 【請求項２６】 付与された機械的相互作用の位置を検出するための位置セ
    ンサーであって、機械的相互作用が面積と力とを含んでおり、 導電繊維が機械加工されて、第１の導電性外側層を設けている第１の織布層（
    ２０１）と、 導電繊維が機械加工されて、第２の導電性外側層を設けている第２の織布層（
    ２０２）と、 第１の織布層と第２の織布層との間に配置され、複数の導電性繊維または導電
    性粒子を含んで、絶縁材が圧縮状態で設置された時に、該繊維または粒子により
    導電性経路が設けられるようにした、圧縮可能な内側層（１００２）とを有して
    いる、位置センサー。
  27. 【請求項２７】 前記内側層が、絶縁繊維および短い導電性繊維を有してい
    る不織布繊維であり、前記導電性繊維の長さが内側層の厚さよりも小さい、請求
    項２６に記載のセンサー。
  28. 【請求項２８】 前記導電性繊維または導電性粒子が、シリコーンラバー化
    合物のような実質的に連続の絶縁材の内部に保持されている、請求項２６に記載
    のセンサー。
  29. 【請求項２９】 前記織布層のうちの少なくとも１つの導電性が異方性であ
    る、請求項２６から請求項２８のいずれかに記載のセンサー。
  30. 【請求項３０】 前記異方性織布層が、前記織布層の縦糸と横糸ごとに異な
    る材料の種類を利用することにより製造されている、請求項２９に記載のセンサ
    ー。
  31. 【請求項３１】 類似する織布の縦糸および横糸から製造され、横糸におけ
    る導電性繊維の非導電性繊維に対する比率が、縦糸における導電性繊維の非導電
    性繊維に対する比率とは異なっている、請求項２９に記載のセンサー。
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